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老衛帶你學---影象處理之濾波演算法

一、學習心得: 在我學習基本濾波演算法原理的時候,因為剛接觸不是很理解演算法具體是怎樣實現的,不過在學習了影象形態學之後,發現濾波演算法其實很簡單。所以在此建議初學者在學習濾波演算法之前,可以先學習一下影象形態學,會達到事半功倍的效果。

二、對於濾波功能的理解: 濾波演算法,可以理解成一種過濾演算法,就像我們篩選產品時,把次品去除掉,只留下合格的產品。而在影象處理中的濾波演算法中,處理的物件是影象,除了去除掉影象中不想要的畫素點的值(如去除噪聲),還可以加強影象中我們需要研究一些內容(如邊緣提取)。

三、濾波演算法: 這裡所講的演算法都是針對影象空間的濾波演算法,其中模板,可以理解為影象形態學中的結構元素,是用來選取影象中的那些畫素點被用來操作的。空間濾波根據其功能劃分為平滑濾波和銳化濾波。平滑濾波:

能減弱或者消除影象中高頻率分量,但不影響低頻率分量,在實際應用中可用來消除噪聲。銳化濾波:與平滑濾波相反,能減弱或者消除影象中低頻率分量,但不影響高頻率分量,可使影象反差增加,邊緣明顯。實際應用可用於增強被模糊的細節或者目標的邊緣。

空間增強濾波技術分類: 這裡寫圖片描述

1、線性平滑濾波

(1)方框濾波:用一個畫素的領域畫素值之和作為濾波結果,鄰域即模板所覆蓋的影象區域,此時模板的所有係數都為1. 這裡寫圖片描述

這裡寫圖片描述

(2)鄰域平均:是特殊大方框濾波,用一個畫素的領域平均畫素值作為濾波結果,即a為第一種情。 這裡寫圖片描述

其中N(x,y)為模板歲覆蓋的影象的區域,n為模板的尺寸。

(3)加權平均:此時的模板係數不是1,而是具體的係數。一般認為距離模板中心的畫素應對濾波結果有較大的貢獻,所以可將接近模板中心的係數取得比模板周邊的係數。 這裡寫圖片描述

(4)高斯平均:是一種特殊的加權平均,只不過模板中的係數由高斯分佈來確定的。

2、線性銳化濾波

(1)拉普拉斯運算元 拉普拉斯運算元是一種各向同性的二階微分運算元,利用微分系數來確定模板係數,然後再與影象進行卷積運算,從而實現銳化濾波。

根據拉普拉斯定義: 這裡寫圖片描述 兩個分別沿X和Y方向的二階偏導均可藉助差分計算: 這裡寫圖片描述 合併為: 這裡寫圖片描述

當模板為4-鄰域時 當模板為8-鄰域時

這裡寫圖片描述 這裡寫圖片描述

  以上兩種模板的係數之和為0,這是為了使經過模板運算的影象的均值不變。拉普拉斯運算元增強了影象中的灰度不連續區域,而減弱了影象中灰度值緩慢變化區域對比度,將這樣的結果疊加到原始影象中,就可以得到瑞華後的額影象。
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(2)高頻提升濾波 影象的銳化效果可以通過疊加影象的微分結果得到,也可以通過減除影象積分結果得到。 設原始影象為f(x,y),平滑後的影象為g(x,y):

非銳化掩模:h(x,y) = f(x,y)-g(x,y)

銳化影象:{ f(x,y)- g(x,y) } + f(x,y)

高頻提升濾波:把院士圖形乘以一個放大係數A,再減去平滑影象

這裡寫圖片描述 可轉化為: 這裡寫圖片描述 當A=1時,為非銳化掩模; 當A=2時,為非銳化掩模化。

3、非線性平滑濾波

(1)中值濾波:對模板下對應的畫素值進行升序排序,選取中間值作為結果。 這裡寫圖片描述 (2)與中值濾波類似的,還有最大值、最小值、中點濾波 這裡寫圖片描述

以上四種濾波也稱之為百分比濾波,百分比濾波基於模板的排序來工作,又叫作序統計濾波。